(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の静電容量と第２の静電容量とを検出可能な静電容量型センサであって、
導電性を有する可動の電極板が形成された第１の部材と、
前記電極板との間に前記第１の静電容量を形成する第１の電極と、
前記電極板との間に前記第２の静電容量を形成する第２の電極と、
前記電極板の一方の面との間に第１の空間を形成するように設けられる第２の部材と、
前記電極板の他方の面との間に第２の空間を形成するように設けられる第３の部材とを備え、
前記第１の空間に第１の気体が封入され、前記第２の空間に前記第１の気体と熱膨張率の異なる第２の気体が封入される
静電容量型センサ。
【請求項２】
第１の静電容量と第２の静電容量とを検出可能な静電容量型センサであって、
導電性を有する可動の電極板が形成された第１の部材と、
前記電極板との間に前記第１の静電容量を形成する第１の電極と、
前記第２の静電容量を形成するための第２の電極と、
前記電極板の一方の面との間に第１の空間を形成するように設けられる第２の部材と、
前記電極板の他方の面との間に第２の空間を形成するように設けられる第３の部材とを備え、
前記第１の空間に第１の気体が封入され、前記第２の空間に前記第１の気体と熱膨張率の異なる第２の気体が封入される
静電容量型センサ。
【請求項３】
前記第１の部材は、導電性を有し、前記第２の電極との間に前記第２の静電容量を形成する電極部が形成される
請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項４】
前記第２の電極との間に前記第２の静電容量を形成する第３の電極を更に備える
請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項５】
導電性を有し、前記第２の電極との間に前記第２の静電容量を形成する電極部が形成された第４の部材を更に備える
請求項２に記載の静電容量型センサ。
【請求項６】
前記電極板は、前記第１の気体と前記第２の気体とのうち熱膨張率の高い方の気体が封入される空間に向く面に、メサ形状を有する
請求項１乃至５の何れか一項に記載の静電容量型センサ。
【請求項７】
前記第１の部材は、前記電極板が形成される第１の導電層と、第２の導電層と、該第１の導電層と該第２の導電層との間に介在する絶縁層とを含む
請求項１乃至６の何れか一項に記載の静電容量型センサ。
【請求項８】
前記第１の部材は、前記電極板が形成される第１の導電層と、前記第２の電極が形成される第２の導電層と、該第１の導電層と該第２の導電層との間に介在する絶縁層とを含む
請求項１に記載の静電容量型センサ。
【請求項９】
前記第１の部材は、ゲッタ材を収納し、前記第１の空間と連通する第３の空間が形成され、
前記第１の気体は真空状態である
請求項１乃至８の何れか一項に記載の静電容量型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、例えば温度を検出可能な静電容量型センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、白金抵抗体、熱電対、半導体式温度センサなどを用いた電気式温度計として、互いに異なる２種類の金属材料と、これらの保護する保護管とを有する温度検出部を備え、２種類の金属材料をツイストペアー化し、かつ同軸ケーブル化することにより、耐ノイズ性を高めたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−８６６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電気式温度計は、外乱の影響を防ぐために温度検出部が保護管やパッケージなどにより覆われている。よって、温度検出部が測温対象と同じ温度に達するまでの時間（以下、測温対象の温度の６３．２％に達するまでの時間を「応答時間」といい、９０％に達するまでの時間を「安定時間」という）として、ある程度の長い時間、種類によっては例えば数秒から数分の時間を必要としていた。従って、通電後に応答時間（安定時間）を必要とするので、測温時に通電（動作）して測温後に停止する、いわゆる間欠動作をするには不向きであった。
【０００５】
従来、このような事情に対応するために、電気式温度計を常時通電し（電気式温度計に電気的エネルギーを常時供給し）、測温時に直ちに温度を測定できるようにしていた。しかしながら、かかる方法では、測温時以外も電力を消費してしまうので、消費電力を低減させることが困難であった。すなわち、消費電力を低減できないし、かつ消費電力低減のための間欠動作を行えないという問題があった。
【０００６】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、消費電力を低減させることができるとともに、間欠動作をすることのできる静電容量型センサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る静電容量型センサは、第１の静電容量と第２の静電容量とを検出可能な静電容量型センサであって、導電性を有する可動の電極板が形成された第１の部材と、電極板との間に第１の静電容量を形成する第１の電極と、電極板との間に第２の静電容量を形成する第２の電極と、電極板の一方の面との間に第１の空間を形成するように設けられる第２の部材と、電極板の他方の面との間に第２の空間を形成するように設けられる第３の部材とを備え、第１の空間に第１の気体が封入され、第２の空間に第１の気体と熱膨張率の異なる第２の気体が封入される。
【０００８】
かかる構成によれば、第１の空間に第１の気体が封入され、第２の空間に第１の気体と熱膨張率の異なる第２の気体が封入される。ここで、第１の空間と第２の空間とに、互いに熱膨張率の異なる第１の気体と第２の気体とがそれぞれ封入される場合、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化すると、内部の第１の気体及び第２の気体の温度も変化する。このとき、第１の気体と第２の気体との熱膨張率の差により、第１の空間における圧力と第２の空間における圧力との間に圧力差が生じる。第１の空間と第２の空間との間に配置される電極板は、当該圧力差に応じて変位し、第１の静電容量と第２の静電容量とが変化する。よって、第１の静電容量と第２の静電容量とを検出することにより、測温対象の温度を測定することが可能となる。また、電極板は、通電することなく測温対象の温度変化に応じて変位するので、通電時に直ちに第１の静電容量と第２の静電容量とを検出することが可能となる。さらに、静電容量を形成する離間した２つの電極、すなわちキャパシタ（コンデンサ）は、低い周波数の交流電圧を印加することによりインピーダンス（容量リアクタンス）が高くなるので、通電時に流れる電流を少なくすることが可能となる。
【０００９】
また、本発明に係る静電容量型センサは、第１の静電容量と第２の静電容量とを検出可能な静電容量型センサであって、導電性を有する可動の電極板が形成された第１の部材と、電極板との間に第１の静電容量を形成する第１の電極と、第２の静電容量を形成するための第２の電極と、電極板の一方の面との間に第１の空間を形成するように設けられる第２の部材と、電極板の他方の面との間に第２の空間を形成するように設けられる第３の部材とを備え、第１の空間に第１の気体が封入され、第２の空間に第１の気体と熱膨張率の異なる第２の気体が封入される。
【００１０】
好ましくは、第１の部材は、導電性を有し、第２の電極との間に第２の静電容量を形成する電極部が形成される。
【００１１】
好ましくは、第２の電極との間に第２の静電容量を形成する第３の電極を更に備える。
【００１２】
好ましくは、導電性を有し、前記第２の電極との間に前記第２の静電容量を形成する電極部が形成された第４の部材を更に備える。
【００１３】
好ましくは、電極板は、第１の気体と第２の気体とのうち熱膨張率の高い方の気体が封入される空間に向く面に、メサ形状を有する。
【００１４】
好ましくは、第１の部材は、電極板が形成される第１の導電層と、第２の導電層と、該第１の導電層と該第２の導電層との間に介在する絶縁層とを含む。
【００１５】
好ましくは、第１の部材は、電極板が形成される第１の導電層と、第２の電極が形成される第２の導電層と、該第１の導電層と該第２の導電層との間に介在する絶縁層とを含む。
【００１６】
好ましくは、第１の部材は、ゲッタ材を収納し、第１の空間と連通する第３の空間が形成され、第１の気体は真空状態である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る静電容量型センサによれば、第１の静電容量と第２の静電容量とを検出することにより、測温対象の温度を測定することが可能となる。また、電極板は、通電することなく測温対象の温度変化に応じて変位するので、通電時に直ちに第１の静電容量と第２の静電容量とを検出することが可能となる。さらに、静電容量を形成する離間した２つの電極、すなわちキャパシタ（コンデンサ）は、低い周波数の交流電圧を印加することによりインピーダンス（容量リアクタンス）が高くなるので、通電時に流れる電流を少なくすることが可能となる。これにより、電気的エネルギーを常時供給することなく温度を測定することができ、消費電力を低減させることができる。また、応答時間（安定時間）を大幅に短縮することができ、間欠動作をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。
【図２】図１に示したダイヤフラムの形状を説明する平面図である。
【図３】図１に示した静電容量型センサが検出する静電容量を説明する図である。
【図４】密閉された空間に封入された気体における温度と圧力との関係を説明するグラフである。
【図５】密閉された空間に封入された気体の温度とダイヤフラムの変位との関係を説明するグラフである。
【図６】本発明の第２実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。
【図７】図６に示した静電容量型センサが検出する静電容量を説明する図である。
【図８】本発明の第２実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の変形例における静電容量型センサを示す側方断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の変形例における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。
【図１３】図１２に示したダイヤフラムの形状を説明する平面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。
【図１６】図１５に示した電極部の上面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図１８】本発明の第５実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図２０】本発明の第５実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【図２１】本発明の第５実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２０】
（第１実施形態）
図１乃至図５は、本発明に係る静電容量型センサの第１実施形態を説明するためのものである。図１は、本発明の第１実施形態における静電容量型センサの側方断面図であり、図２は、図１に示したダイヤフラムの形状を説明する平面図であり、図３は、図１に示した静電容量型センサが検出する静電容量を説明する図である。なお、図１及び図２に示すＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交する座標軸であり、Ｙ軸はＸ軸に対して水平方向に直交し、Ｚ軸はＸ軸に対して垂直方向に直交する。また、以降の図においても同様とする。また、以下の説明において、図の上側を上、下側を下、左側を左、右側を右として表す。
【００２１】
図１に示すように、静電容量型センサ１は、外部の環境、例えば周辺の大気などの測温対象の温度を測定するためのものである。静電容量型センサ１は、導電性の部材１０と、部材１０の上部に設けられる上部部材２０と、部材１０の下部に設けられる下部部材３０とを備える。
【００２２】
部材１０は、例えば導電性の単結晶シリコン（低抵抗化したシリコン）から構成される。部材１０には、所定方向（図１におけるＺ軸方向）に変位可能なダイヤフラム１１が形成されている。図２に示すように、ダイヤフラム１１は、平面視において、長手方向（長辺、図２におけるＸ軸方向）が長さＬ、短手方向（短辺、図２におけるＹ軸方向）が長さＷである矩形の形状を有している。ダイヤフラム１１は、厚さ（図１におけるＺ軸方向の長さ）が部材１０より薄い可動の電極板として機能する。
【００２３】
なお、ダイヤフラム１１の上面及び下面の形状は、図１に示すような平坦（フラット）な形状に限定されず、少なくとも一方の面がコルゲイション（波付け）形状であってもよい。また、ダイヤフラム１１の平面視における形状は、図２に示すような矩形に限定されず、正方形、多角形、円形、楕円形などであってもよい。
【００２４】
図１に示すように、ダイヤフラム１１の上面と下面には、それぞれ電気的絶縁性を有する薄膜状の突起１１ａ，１１ｂが形成されている。これにより、後述する薄膜電極２１，３１と電気的に絶縁することができ、又はスティキング（付着）を防止することができる。
【００２５】
上部部材２０は、例えばセラミクスから構成される。上部部材２０の下面は、ダイヤフラム１１の上面との間に密閉された空間Ｓ１を形成するように、部材１０の上面に接合されている。また、上部部材２０の下面には、ダイヤフラム１１に対向する位置に薄膜電極２１が設置されている。図３に示すように、薄膜電極２１は、ダイヤフラム１１から間隔ｄA1だけ離間しており、ダイヤフラム１１との間に静電容量Ｃ1を形成する。薄膜電極２１とダイヤフラム１１とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。
【００２６】
図１に示すように、下部部材３０は、例えばセラミクスから構成される。下部部材３０の上面は、ダイヤフラム１１の下面との間に密閉された空間Ｓ２を形成するように、部材１０の下面に接合されている。また、下部部材３０の上面には、ダイヤフラム１１に対向する位置に薄膜電極３１が設置されている。図３に示すように、薄膜電極３１は、ダイヤフラム１１から間隔ｄA2だけ離間しており、ダイヤフラム１１との間に静電容量Ｃ2を形成する。薄膜電極３１とダイヤフラム１１とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。
【００２７】
部材１０と、上部部材２０又は下部部材３０との接合は、例えば、空間Ｓ１，Ｓ２の気密性を考慮した機械的な接合、直接接合、又は陽極接合法などを用いて行われる。
【００２８】
上部部材２０及び下部部材３０の材料は、セラミクスに限定されず、少なくとも一方が、ホウ酸系ガラス（アルカリ性ガラス）、石英、水晶、又はサファイアであって、前述の接合方法で接合可能なものであってもよい。具体的には、陽極接合の場合は、パイレックス（登録商標）ガラス、テンパックス、ＳＤ２ガラス、ＳＷ−Ｙ，ＳＷ−ＹＹガラス、又はＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）などを用いてもよい。また、上部部材２０及び下部部材３０の材料として、少なくとも一方に、部材１０と同様に導電性のシリコンや金属を用いてもよい。かかる場合、絶縁膜を介して部材１０と接合される。さらに、上部部材２０及び下部部材３０の材料として、少なくとも一方に、導電性の薄膜電極を有し、ダイヤフラム１１との間に静電容量を形成可能な結晶や多結晶を用いてもよい。
【００２９】
図１に示すように、薄膜電極２１の左端部は、導電性のフィールドスルーホール電極Ｈ１に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ１は、上部部材２０の上面に設置された電極用パッド（端子）Ｐ１と電気的に接続されている。ダイヤフラム１１の右端は、部材１０の一部を構成する導電部１２と接続されている。導電部１２は、導電性のフィールドスルーホール電極Ｈ２を介して、上部部材２０の上面に設置されたダイヤフラム用パッド（端子）Ｐ２と電気的に接続されている。薄膜電極３１の右端部は、部材１０の一部を構成するシリコンアイランド１３と接続されている。シリコンアイランド１３は、導電性のフィールドスルーホール電極Ｈ３を介して、上部部材２０の上面に設置された電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。
【００３０】
静電容量Ｃ1は、例えば電極用パッドＰ１及びダイヤラム用パッドＰ２に所定周波数の交流電圧を印加し、印加時に流れる電流を測定することにより、検出することが可能である。また、静電容量Ｃ2は、例えば電極用パッドＰ３及びダイヤラム用パッドＰ２に所定周波数の交流電圧を印加し、印加時に流れる電流を測定することにより、検出することが可能である。
【００３１】
各フィールドスルーホール電極Ｈ１〜Ｈ３の形成は、上部部材２０にそれぞれ貫通孔（図示せず）を形成し、当該貫通孔に電極材の埋め込み成膜、めっき法、または埋め込み配線などを施して行われる。
【００３２】
導電部１２とシリコンアイランド１３との形成は、ドライエッチングなどの気相中の化学反応性エッチング法や水溶性の化学エッチング法などにより行われる。また、ダイヤフラム１１の形成は、水溶性の化学エッチング法を用いてエッチング時間により厚さを制御するか、又はダイヤフラムに該当する部材１０上の位置に高濃度不純物を拡散させて選択エッチングを施して行われる。
【００３３】
空間Ｓ１には、気体Ａ１、例えば真空状態の気体が封入されており、空間Ｓ２には、空間Ｓ１に封入された気体と熱膨張率が異なる気体Ａ２、例えば不活性気体が封入されている。
【００３４】
本願において、「真空状態」とは何もない状態を意味するものではなく、大気圧より圧力が低い状態（負圧）を意味するものである。よって、ある空間が真空状態であっても物質（本願では気体）が存在することになるので、当該空間に存在する気体を「真空状態の気体」と表す。
【００３５】
なお、空間Ｓ１に封入される気体と空間Ｓ２に封入される気体との組み合わせは、前述のものに限定されず、互いに熱膨張率、より正確には体積膨張率が異なっていればよい。例えば、気体Ａ１として第１の不活性気体とし、気体Ａ２として第２の不活性気体又は乾燥空気としてもよい。但し、湿度の高い気体は、温度が低下すると結露が発生し、後述する気体の体積変化への影響が大きい。よって、真空状態の気体、不活性気体、乾燥空気など結露しにくい気体が好ましい。
【００３６】
ここで、密閉された空間Ｓ１と空間Ｓ２とに、互いに熱膨張率の異なる気体Ａ１と気体Ａ２とがそれぞれ封入される場合、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化すると、内部の気体Ａ１及び気体Ａ２の温度も変化する。このとき、気体Ａ１と気体Ａ２との熱膨張率の差によって、空間Ｓ１における圧力と空間Ｓ２における圧力との間に圧力差が生じる。空間Ｓ１と空間Ｓ２との間に配置されるダイヤフラム１１は、当該圧力差に応じて変位し、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とが変化する。よって、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とを検出することにより、測温対象の温度を測定することが可能となる。また、ダイヤフラム１１は、通電することなく測温対象の温度変化に応じて変位するので、通電時に直ちに静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とを検出することが可能となる。さらに、静電容量を形成する離間した２つの電極、すなわちキャパシタ（コンデンサ）は、低い周波数の交流電圧を印加することによりインピーダンス（容量リアクタンス）が高くなるので、通電時に流れる電流を少なくすることが可能となる。
【００３７】
従来、消費電力を低減可能な温度計として、ガラス製温度計や液柱温度計、又は金属製温度計やバイメタル式温度計が知られていた。ガラス製温度計や液柱温度計は、測温対象の温度変化による物質の熱膨張性質を利用しているので、電気式温度計のように電気的エネルギーを必要とすることなく、温度を測定することができる。しかしながら、計測された温度は、原則として目盛りを目視により読み取られるので、電気信号への変換、及び正確な温度測定が困難であった。また、イメージセンサ及び信号処理回路を取り付けて目盛りの温度を電気信号に変換することも可能であるが、コスト及び消費電力の増加を招くおそれがあった。一方、金属製温度計やバイメタル式温度計は、計測した温度を容易に電気信号に変換することができる。しかしながら、温度に対する感度を保つために、検出部を剥き出し構造にしているので、湿度、振動、ゴミ、粉塵などの外乱の影響を受けやすかった。
【００３８】
これに対し、本発明に係る静電容量型センサ１は、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とを検出することにより、容易に温度の電気信号に変換することができる。また、気体Ａ１と気体Ａ２とは、密閉された空間Ｓ１と空間Ｓ２とにそれぞれ封入されるので、外乱の影響を受けにくいという利点を有する。
【００３９】
次に、測温対象の温度変化と静電容量型センサの静電容量変化との関係について、図４乃至図６を用いて詳細に説明する。なお、以下において、特に記載がない限り、気体Ａ１は真空状態の気体、気体Ａ２は不活性気体として説明する。
【００４０】
図４は、密閉された空間に封入された気体における温度と圧力との関係を説明するグラフである。一般に、所定の体積を有する密閉された空間に気体が封入されている場合、当該気体の挙動（振る舞い、動作）は、近似的に理想気体の状態方程式を用いて表すことができる。すなわち、絶対零度（絶対温度）における体積をｖ0、圧力をｐ0と仮定すると、所定の温度ｔ1における圧力ｐ1及び体積ｖ1は、以下の式（１）及び式（２）の関係を満たす。
ｐ1ｖ1＝ｐ0ｖ0（１＋βｔ1）  …（１）
ｖ1＝ｖ0（１＋ｇｔ1）  …（２）
但し、βは気体の体積膨張率、ｇは空間を密閉する封じ材の体積膨張率を示す。
【００４１】
同様に、他の所定の温度ｔ2における圧力ｐ2及び体積ｖ2は、以下の式（３）及び式（４）の関係を満たす。
ｐ2ｖ2＝ｐ0ｖ0（１＋βｔ2）  …（３）
ｖ2＝ｖ0（１＋ｇｔ2）  …（４）
【００４２】
ここで、密閉された空間に封入された気体の温度がｔ1からｔ2に変化する場合、温度変化後の圧力ｐ2は、式（１）〜式（４）を整理して、以下の式（５）で表すことができる。
ｐ2＝｛（１＋βｔ2）／（１＋βｔ1）｝｛（１＋ｇｔ1）／（１＋ｇｔ2）｝×ｐ1  …（５）
【００４３】
式（５）を用いて圧力ｐ2を算出すると、図４に示すように、密閉された空間に封入された気体における温度と圧力との関係が線型的な関係であることが分かる。
【００４４】
図５は、密閉された空間に封入された気体の温度とダイヤフラムの変位との関係を説明するグラフである。ある文献（Stephen P. Timoshenko, S. Woinowsky-Krieger,「Theory OF Plates and Shells」, New-York:McGRAW-HILL, Inc.,2nd Edition.）によれば、一般に、平面視において周辺固定で形状が矩形のダイヤフラムの場合、当該平面の座標（ｘ，ｙ）における垂直方向（例えば図２におけるＺ軸方向）の変位ｗ（ｘ，ｙ）は、ダイヤフラムに加わる圧力ｐを用いて以下の式（６）及び式（７）で表すことができる。
【数１】
0005400560.tif 000002
但し、ａはダイヤフラムの短辺の長さ、ｂはダイヤフラムの長辺の長さ、Ｄはダイヤフラムの弾性特性（曲げ剛性、flexural rigidity）を示す関数、Ａm，Ｂm，Ｃmは形状常数、Ｅはダイヤフラムの材料のヤング率、ｈはダイヤフラムの厚さ、νはダイヤフラムの材料のポアソン比を示す。
【００４５】
なお、平面視におけるダイヤフラムの形状が矩形以外の場合、式（６）を変形することにより、同様に、変位ｗ（ｘ，ｙ）はダイヤフラムに加わる圧力ｐを用いて表すことができる。
【００４６】
ここで、前述した理論を本発明に適用して考えてみる。すなわち、温度ｔ1のときにダイヤフラム１１の最大変位をｄ1と仮定し、密閉された空間に封入された気体の温度がｔ1からｔ2に変化する場合、気体Ａ１は真空状態の気体であるから、空間Ｓ１の圧力は不変（又は略不変）である。よって、ダイヤフラム１１に加わる圧力は、空間Ｓ２の圧力だけである。このとき、ダイヤフラム１１の最大変位ｄ2は、式（６）における圧力ｐに式（５）のｐ2を代入して算出することができる。図５に示すように、気体Ａ２の温度とダイヤフラム１１の変位との関係も線型的な関係であることが分かる。
【００４７】
なお、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１が温度変化により圧力が変化するもの、例えば不活性気体である場合、空間Ｓ１についても、前述と同様に式（１）’〜式（４）’が成立するので、これらの式から式（５）’を導き出す。そして、式（５）−（５）’を算出し（＝Δｐ）、算出したΔｐを式（６）における圧力ｐに代入することにより、同様に、ダイヤフラム１１の最大変位ｄ2を算出することができる。
【００４８】
電極が垂直方向に可動変位する場合の可動変位する場合の静電容量Ｃは、ダイヤフラム１１の変位ｗ（ｘ，ｙ）を用いて以下の式（８）で表すことができる。
【数２】
0005400560.tif 000003
但し、Ｃ0は所定温度（初期温度）における静電容量、ε0は真空中の誘電率、ｄは初期状態における電極間距離を示す。
【００４９】
また、静電容量型センサ１の静電容量変化ΔＣは、以下の式（９）で定義することができる。
ΔＣ＝（Ｃ1−Ｃ2）／Ｃ2  …（９）
【００５０】
よって、式（８）における変位ｗ（ｘ，ｙ）に式（６）を代入し、式（９）を算出することにより、静電容量型センサ１の静電容量変化ΔＣを温度で（温度の関数として）表すことができる。静電容量変化ΔＣは、温度変化に対して、センサもしくは製造工程でのバラツキがあって、非線形特性を持っても補正方法により、温度に対する線型性を持たせることが可能である。
【００５１】
本実施形態では、部材１０の材料として導電性のものを用いるようにしたが、これに限定されない。例えば、絶縁性の材料を用い、ダイヤフラム１１の上面及び下面（両面）に導電性物質の薄膜を形成するようにしてもよい。かかる場合、導電部１２及びシリコンアイランド１３も、同様に導電性物質から形成される。
【００５２】
このように、本実施形態の静電容量型センサ１によれば、空間Ｓ１に気体Ａ１が封入され、空間Ｓ２に気体Ａ１と熱膨張率の異なる気体Ａ２が封入される。ここで、密閉された空間Ｓ１と空間Ｓ２とに、互いに熱膨張率の異なる気体Ａ１と気体Ａ２とがそれぞれ封入される場合、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化すると、内部の気体Ａ１及び気体Ａ２の温度も変化する。このとき、気体Ａ１と気体Ａ２との熱膨張率の差によって、空間Ｓ１における圧力と空間Ｓ２における圧力との間に圧力差が生じる。空間Ｓ１と空間Ｓ２との間に配置されるダイヤフラム１１は、当該圧力差に応じて変位し、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とが変化する。よって、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とを検出することにより、測温対象の温度を測定することが可能となる。また、ダイヤフラム１１は、通電することなく測温対象の温度変化に応じて変位するので、通電時に直ちに静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とを検出することが可能となる。さらに、静電容量を形成する離間した２つの電極、すなわちキャパシタ（コンデンサ）は、低い周波数の交流電圧を印加することによりインピーダンス（容量リアクタンス）が高くなるので、通電時に流れる電流を少なくすることが可能となる。これにより、電気的エネルギーを常時供給することなく温度を測定することができ、消費電力を低減させることができる。また、応答時間（安定時間）を大幅に短縮することができ、間欠動作をすることができる。
【００５３】
（第２実施形態）
図６乃至図９は、本発明に係る静電容量型センサの第２実施形態を説明するためのものである。なお、特に記載がない限り、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、図示しない構成部分は、前述した第１実施形態と同様とする。
【００５４】
第２実施形態と第１実施形態との相違点は、静電容量型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、薄膜電極３１に代えて参照電極２２を備えることである。
【００５５】
図６は、本発明の第２実施形態における静電容量型センサの側方断面図であり、図７は、図６に示した静電容量型センサが検出する静電容量を説明する図である。図６に示すように、部材１０には、ダイヤフラム１１の右端に、導電部１２に代えて固定部１４が形成されている。ダイヤフラム１１が所定方向（図６におけるＺ軸方向）に変位可能であるのに対し、固定部１４は、少なくとも当該所定方向（図６におけるＺ軸方向）に変位不能（不動）である。
【００５６】
固定部１４の上面には、電気的絶縁性を有する薄膜状の突起１１ｃが形成されている。これにより、後述する参照電極２２と電気的に絶縁することができ、又はスティキング（付着）を防止することができる。
【００５７】
上部部材２０の下面には、薄膜電極２１に加え、固定部１４に対向する位置に薄膜状の参照電極２２が設置されている。図７に示すように、参照電極２２は、固定部１４から間隔ｄA1だけ離間しており、固定部１４との間に静電容量Ｃ3を形成している。参照電極２２と固定部１４とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。
【００５８】
図６に示すように、ダイヤフラム１１の左端は、部材１０の一部を構成する部分（図示せず）と接続されている。当該部分は、フィールドスルーホール電極Ｈ２を介して、ダイヤフラム用パッド（端子）Ｐ２と電気的に接続されている。参照電極２２の右端部は、フィールドスルーホール電極Ｈ３に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ３は、薄膜電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。
【００５９】
また、静電容量型センサ２Ａの静電容量変化ΔＣは、以下の式（９）’で定義することができる。
ΔＣ＝（Ｃ1−Ｃ3）／Ｃ3  …（９）’
【００６０】
ここで、第１実施形態と同様に、空間Ｓ１における圧力と空間Ｓ２における圧力との間に圧力差が生じた場合、ダイヤフラム１１は当該圧力差に応じて変位するのに対し、固定部１４は当該圧力差が生じても変位しない。よって、温度変化に対して静電容量Ｃ1は変化するが静電容量Ｃ3は変化しないので、静電容量型センサ２Ａの静電容量変化ΔＣは、式（９）’より静電容量Ｃ1の変化分となる。
【００６１】
図８は、本発明の第２実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。本実施形態では、ダイヤフラム１１の右端に固定部１４を形成して固定部１４との間に静電容量Ｃ3を形成するようにしたが、これに限定されない。例えば図８に示すように、静電容量型センサ２Ｂは、部材１０に、ダイヤフラム１１と電気的に絶縁されたもう一つのダイヤフラム１７を形成してもよい。かかる場合、ダイヤフラム１７の上面には、電気的絶縁性を有する薄膜状の突起１７ａが形成されている。また、上部部材２０の下面には、ダイヤフラム１７の上面に対向する位置に参照電極２２が設置されている。参照電極２２は、ダイヤフラム１７の上面との間に静電容量Ｃ3を形成している。参照電極２２とダイヤフラム１７の上面とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。ダイヤフラム１７の右端は、部材１０の一部を構成する部分（図示せず）と接続されている。当該部分は、フィールドスルーホール電極Ｈ４を介して、ダイヤフラム用パッド（端子）Ｐ４と電気的に接続されている。参照電極２２は、フィールドスルーホール電極Ｈ３に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ３は、薄膜電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。
【００６２】
上部部材２０の下面とダイヤフラム１７の上面との間に形成され、密閉された空間Ｓ４には、例えば気体Ａ２が封入される。下部部材２０の上面とダイヤフラム１７の下面との間に形成され、密閉された空間Ｓ５には、空間Ｓ４と同じ気体、例えば気体Ａ２が封入される。
【００６３】
ここで、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化する場合、空間Ｓ４と空間Ｓ５に熱膨張率の同じ気体を封入しているので、空間Ｓ４における圧力と空間Ｓ５における圧力との間に圧力差が生じない。よって、図６に示した場合と同様に、温度変化に対して静電容量Ｃ1は変化するが静電容量Ｃ3は変化しないから、静電容量型センサ２Ｂの静電容量変化ΔＣは、式（９）’より静電容量Ｃ1の変化分となる。
【００６４】
なお、参照電極２２との間に静電容量Ｃ3を形成する電極は、ダイヤフラム１７に限定されず、部材１０に形成された固定の電極（部）であってもよいし、部材１０以外の部材（材料）に形成されてもよい。また、空間Ｓ４及び空間Ｓ５に封入される気体は、不活性気体である点で気体Ａ２が好ましいが、これに限定されず、気体Ａ１又は他の気体であってもよい。
【００６５】
図９は、本発明の第２実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。また、図９に示すように、静電容量型センサ２Ｃは、上部部材２０の下面に設置した参照電極２２と、下部部材２０の上面における参照電極２２に対向する位置に設置した薄膜状の参照電極３４と、を備えるようにしてもよい。参照電極３４は、参照電極２２との間に静電容量Ｃ3を形成している。参照電極２２と参照電極３４とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。参照電極３４は、フィールドスルーホール電極Ｈ４に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ４は、ダイヤフラム用パッド（端子）Ｐ４と電気的に接続されている。参照電極２２は、フィールドスルーホール電極Ｈ３に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ３は、薄膜電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。
【００６６】
上部部材２０の下面と下部部材３０の上面との間に形成され、密閉された空間Ｓ４には、例えば気体Ａ２が封入される。
【００６７】
ここで、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化する場合、参照電極２２と参照電極３４とは固定されているので、図６に示した場合と同様に、温度変化に対して静電容量Ｃ1は変化するが静電容量Ｃ3は変化しない。よって、静電容量型センサ２Ｃの静電容量変化ΔＣは、式（９）’より静電容量Ｃ1の変化分となる。
【００６８】
なお、空間Ｓ４に封入される気体は、図８に示した場合と同様に、不活性気体である点で気体Ａ２が好ましいが、気体Ａ１又は他の気体であってもよい。
【００６９】
このように、本実施形態の静電容量型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃによれば、静電容量Ｃ3を形成するための参照電極２２を備える。ここで、第１実施形態と同様に、空間Ｓ１における圧力と空間Ｓ２における圧力との間に圧力差が生じた場合、ダイヤフラム１１は当該圧力差に応じて変位するのに対し、例えば固定部１４は、当該圧力差が生じても変位しない。よって、温度変化に対して静電容量Ｃ1は変化するが静電容量Ｃ3は変化しないので、静電容量型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの静電容量変化ΔＣは、式（９）’より静電容量Ｃ1の変化分となる。これにより、静電容量型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃの構成によっても、第１実施形態と同様に、消費電力を低減させることができるとともに、間欠動作をすることができる。
【００７０】
（第２実施形態の変形例）
図１０及び図１１は、本発明に係る静電容量型センサの第２実施形態の変形例を説明するためのものである。なお、特に記載がない限り、前述した第２実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、図示しない構成部分は、前述した第２実施形態と同様とする。
【００７１】
変形例と第２実施形態との相違点は、静電容量型センサ２Ｄ，２Ｅは、新たな部材を更に備えることである。
【００７２】
図１０は、本発明の第２実施形態の変形例における静電容量型センサの側方断面図である。図１０に示すように、静電容量型センサ２Ｄは、下部部材３０の下部に設けられる第２部材４０と、第２部材４０の下部に設けられる第２下部部材５０と、を備える。第２部材４０は、例えば導電性の単結晶シリコン（低抵抗化したシリコン）から構成される。また、第２下部部材５０は、セラミクスから構成される。
【００７３】
第２部材４０には、ダイヤフラム４１が形成されている。ダイヤフラム４１の上面には、電気的絶縁性を有する薄膜状の突起４１ａが形成されている。下部部材３０の下面には、ダイヤフラム４１の上面に対向する位置に参照電極２２が設置され、ダイヤフラム４１の上面との間に静電容量Ｃ3を形成している。参照電極２２とダイヤフラム４１の上面とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。ダイヤフラム４１の左端は、第２部材４０の一部を構成する部分（図示せず）と接続されている。当該部分は、フィールドスルーホール電極Ｈ４を介して、ダイヤフラム用パッド（端子）Ｐ４と電気的に接続されている。参照電極２２の左端は、フィールドスルーホール電極Ｈ３に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ３は、薄膜電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。
【００７４】
下部部材３０の下面とダイヤフラム４１の上面との間に形成され、密閉された空間Ｓ４には、例えば気体Ａ２が封入される。第２下部部材５０の上面とダイヤフラム４１の下面との間に形成され、密閉された空間Ｓ５には、空間Ｓ４と同じ気体、例えば気体Ａ２が封入される。
【００７５】
ここで、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化する場合、空間Ｓ４と空間Ｓ５に熱膨張率の同じ気体を封入しているので、空間Ｓ４における圧力と空間Ｓ５における圧力との間に圧力差が生じない。よって、第２実施形態の場合と同様に、温度変化に対して静電容量Ｃ1は変化するが静電容量Ｃ3は変化しないから、静電容量型センサ２Ｄの静電容量変化ΔＣは、式（９）’より静電容量Ｃ1の変化分となる。
【００７６】
なお、図８に示した場合と同様に、参照電極２２との間に静電容量Ｃ3を形成する電極は、ダイヤフラム４１に限定されず、第２部材４０に形成された固定の電極（部）であってもよい。また、空間Ｓ４及び空間Ｓ５に封入される気体は、不活性気体である点で気体Ａ２が好ましいが、これに限定されず、気体Ａ１又は他の気体であってもよい。
【００７７】
図１１は、本発明の第２実施形態の変形例における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。本変形例では、第２部材４０と第２下部部材５０とを備えるようにしたが、これに限定されない。例えば図１１に示すように、静電容量型センサ２Ｅは、第２部材４０の上部に設けられる第２上部部材６０を更に備えるようにしてもよい。すなわち、静電容量型センサ２Ｅは、部材１０、上部部材２０、及び下部部材３０を含む第１静電容量センサ（図示せず）と、第２部材４０、第２上部部材６０、及び第２下部部材４０を含む第２静電容量センサ（図示せず）とを備え、略同一の構成（構造）を有する２つのセンサによって構成される。
【００７８】
かかる場合、ダイヤフラム４１の下面に突起４１ａが形成され、第２下部部材５０の上面におけるダイヤフラム４１の下面に対向する位置に参照電極２２が設置されている。参照電極２２は、ダイヤフラム４１の下面との間に静電容量Ｃ3を形成している。参照電極２２とダイヤフラム４１の下面とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。ダイヤフラム４１の左端は、第２部材４０の一部を構成する部分（図示せず）と接続されている。当該部分は、フィールドスルーホール電極Ｈ４を介して、ダイヤフラム用パッド（端子）Ｐ４と電気的に接続されている。参照電極２２の左端は、フィールドスルーホール電極Ｈ３に接続されている。フィールドスルーホール電極Ｈ３は、薄膜電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。
【００７９】
第２上部部材６０の下面とダイヤフラム４１の上面との間に形成され、密閉された空間Ｓ４には、例えば気体Ａ２が封入される。第２下部部材５０の上面とダイヤフラム４１の下面との間に形成され、密閉された空間Ｓ５には、空間Ｓ４と同じ気体、例えば気体Ａ２が封入される。
【００８０】
ここで、測温対象、例えば外部の大気の温度が変化する場合、空間Ｓ４と空間Ｓ５に熱膨張率の同じ気体を封入しているので、空間Ｓ４における圧力と空間Ｓ５における圧力との間に圧力差が生じない。よって、図１０に示した場合と同様に、温度変化に対して静電容量Ｃ1は変化するが静電容量Ｃ3は変化しないから、静電容量型センサ２Ｂの静電容量変化ΔＣは、式（９）’より静電容量Ｃ1の変化分となる。
【００８１】
なお、図１０に示した場合と同様に、参照電極２２との間に静電容量Ｃ3を形成する電極は、ダイヤフラム４１に限定されず、第２部材４０に形成された固定の電極（部）であってもよい。また、空間Ｓ４及び空間Ｓ５に封入される気体は、不活性気体である点で気体Ａ２が好ましいが、これに限定されず、気体Ａ１又は他の気体であってもよい。
【００８２】
このように、静電容量型センサ２Ｄ，２Ｅの構成によっても、第１実施形態と同様に、消費電力を低減させることができるとともに、間欠動作をすることができる。
【００８３】
（第３実施形態）
図１２乃至図１４は、本発明に係る静電容量型センサの第３実施形態を説明するためのものである。なお、特に記載がない限り、前述した第１実施形態又は第２実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、図示しない構成部分は、前述した第１実施形態又は第２実施形態と同様とする。
【００８４】
第３実施形態と第１実施形態又は第２実施形態との相違点は、静電容量型センサ３のダイヤフラム１１が、メサ形状１１１を有することである。
【００８５】
本願において、「メサ形状」とは、台形状に成形されたものをいい、一組の対辺が平行又は略平行のものをいう。
【００８６】
図１２は、本発明の第３実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。図１２に示すように、ダイヤフラム１１は、下面にメサ形状１１１を有する。なお、メサ形状１１１はダイヤフラム１１の下面に有する場合に限定されない。ダイヤフラム１１は、気体Ａ１と気体Ａ２とのうち熱膨張率の高い方の気体が封入される空間に向く面に、メサ形状を有すればよい。本実施形態では、気体Ａ１が真空状態の気体であり、気体Ａ２が不活性気体であるから、気体Ａ２が封入される空間Ｓ２に向く面、すなわちダイヤフラム１１の下面にメサ形状を有する。また、ダイヤフラム１１の他方の面、本実施形態では上面にも、メサ形状を有していてもよい。
【００８７】
図１３は、図１２に示したダイヤフラムの形状を説明する平面図である。図１３に示すように、メサ形状１１１は、平面視において、ダイヤフラム１１の中央部（中央及びその周辺の領域）に形成されている。なお、メサ形状の横（図１３におけるＸ軸方向の長さ）、縦（図１３におけるＹ軸方向の長さ）、高さ（図１３におけるＺ軸方向の長さ）は、適宜変更可能である。
【００８８】
ここで、第１実施形態と同様に、空間Ｓ１における圧力と空間Ｓ２における圧力との間に圧力差が生じた場合、メサ形状１１１を含むダイヤフラム１１は、面の中央部が曲線状（凹状）に変形しにくくなり、面がそのまま平行移動しやすくなる。よって、静電容量Ｃ1と静電容量Ｃ2とを精度良く検出することができる。
【００８９】
図１４は、本発明の第３実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。図１４に示すように、第２実施形態と同様に、静電容量型センサ３が参照電極２２を備える場合も、ダイヤフラム１１は、気体Ａ１と気体Ａ２とのうち熱膨張率の高い方の気体が封入される空間に向く面に、メサ形状１１１を含む。かかる場合も、図１２及び図１３に示した場合と同様に、静電容量Ｃ1を精度良く検出することができる。
【００９０】
このように、本実施形態の静電容量型センサ３によれば、ダイヤフラム１１は、気体Ａ１と気体Ａ２とのうち熱膨張率の高い方の気体が封入される空間に向く面に、メサ形状１１１を有する。ここで、第１実施形態と同様に、空間Ｓ１における圧力と空間Ｓ２における圧力との間に圧力差が生じた場合、メサ形状１１１を有するダイヤフラム１１は、面の中央部が曲線状（凹状）に変形しにくくなり、面がそのまま平行移動しやすくなる。よって、静電容量Ｃ1を精度良く検出することができる。これにより、測定対象の温度を更に正確に測定することができる。
【００９１】
（第４実施形態）
図１５乃至図１７は、本発明に係る静電容量型センサの第４実施形態を説明するためのものである。なお、特に記載がない限り、前述した第１実施形態乃至第３実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、図示しない構成部分は、前述した第１実施形態乃至第３実施形態と同様とする。
【００９２】
第４実施形態と第１実施形態との相違点は、静電容量型センサ４Ａ，４Ｂが、部材１０としてＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１０Ａを用いることである。
【００９３】
図１５は、本発明の第４実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。図１５に示すように、ＳＯＩ基板１０Ａは、シリコン層１０ａと、絶縁層１０ｂと、ベースシリコン層１０ｃとを含んでいる。
【００９４】
シリコン層１０ａは、例えば導電性のシリコンから構成される。シリコン層１０ａには、ダイヤフラム１１と、導電部１２とが形成されている。ここで、所定の厚さ（図１５におけるＺ軸方向の長さ）に設計されたシリコン層１０ａを含むＳＯＩ基板１０Ａを用いることにより、例えばエッチング時における厚さ制御が簡単になる。
【００９５】
絶縁層１０ｂは、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2）から構成される。また、絶縁層１０ｂは、シリコン層１０ａとベースシリコン層１０ｃとの間に介在している。絶縁層１０ｂは、シリコン層１０ａとベースシリコン層１０ｃとを電気的に絶縁する絶縁膜として機能する。
【００９６】
ベースシリコン層１０ｃは、例えば導電性のシリコンから構成される。ベースシリコン層１０ｃには、ダイヤフラム１１に対向する位置に電極部１５が形成されている。電極部１５は、第１実施形態における薄膜電極３１と同様に、ダイヤフラム１１との間に静電容量Ｃ2を形成する。電極部１５とダイヤフラム１１とは、キャパシタ（コンデンサ）として機能する。
【００９７】
また、電極部１５は、ベースシリコン層１０ｃの一部を構成する部分（図示せず）と接続されている。当該部分は、フィールドスルーホール電極Ｈ２を介して、下部部材３０の下面に設置された電極用パッド（端子）Ｐ３と電気的に接続されている。なお、フィールドスルーホール電極Ｈ２の形成は、第１実施形態と同様に、下部部材３０にそれぞれ貫通孔（図示せず）を形成し、当該貫通孔に電極材の埋め込み成膜、めっき法、または埋め込み配線などを施して行われる。
【００９８】
図１６は、図１５に示した電極部の上面図である。図１６に示すように、電極部１５は、平面視において横方向（図１６におけるＸ軸方向）及び縦方向（図１６におけるＹ軸方向）に並べられた柱状の孔１５ａを複数有している。これらの孔１５ａは、絶縁層１０ｂを除去する際に用いられる。一般に、絶縁層１０ｂを除去する場合、エッチングにおいて、例えばフッ酸蒸気やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いる。しかし、これらの物質は、垂直方向（図１５及び図１６におけるＺ軸方向）には早く広がるが、水平方向（図１５及び図１６におけるＸ軸方向又はＹ軸方向）には広がりにくい性質を有する。よって、これらの孔１５ａを通して流し込む（流し入れる）ことにより、フッ酸蒸気やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を水平方向に広げることができる。
【００９９】
なお、各孔１５ａの開口部の形状は、正六角形に限定されず、円形、楕円形、矩形、正四角形、多角形などであってもよい。但し、正六角形の開口部を有する、いわゆるハニカム構造は、構造的に安定する。また、孔１５ａの数や大きさは、ダイヤフラム１１と対向する電極部１５の上面の表面積と、絶縁層１０ｂを除去率とを考慮して、適宜変更可能である。
【０１００】
図１７は、本発明の第４実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。図１７に示すように、第２実施形態と同様に、静電容量型センサ４Ｂが参照電極２２を備える場合も、部材１０としてＳＯＩ基板１０Ａを用いる。かかる場合も、図１５に示した場合と同様に、所定の厚さ（図１７におけるＺ軸方向の長さ）に設計されたシリコン層１０ａを含むＳＯＩ基板１０Ａを用いることにより、例えばエッチング時における厚さ制御が簡単になる。
【０１０１】
このように、本実施形態の静電容量型センサ４Ａ，４Ｂによれば、ＳＯＩ基板１０Ａは、ダイヤフラム１１が形成されるシリコン層１０ａと、ベースシリコン層１０ｃと、シリコン層１０ａとベースシリコン層１０ｃとの間に介在する絶縁層１０ｂとを含む。ここで、所定の厚さ（図１５及び図１７におけるＺ軸方向の長さ）に設計されたシリコン層１０ａを含むＳＯＩ基板１０Ａを用いることにより、例えばエッチング時における厚さ制御が簡単になる。これにより、容易にダイヤフラム１１を形成することができる。
【０１０２】
また、本実施形態の静電容量型センサ４Ａによれば、ＳＯＩ基板１０Ａは、ダイヤフラム１１が形成されるシリコン層１０ａと、電極部１５が形成されるベースシリコン層１０ｃと、シリコン層１０ａとベースシリコン層１０ｃとの間に介在する絶縁層１０ｂとを含む。ここで、絶縁層１０ｂを除去する場合、エッチングにおいて、例えばフッ酸蒸気やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を用いる。しかし、これらの物質は、垂直方向（図１２及び図１３におけるＺ軸方向）には早く広がるが、水平方向（図１５及び図１６におけるＸ軸方向又はＹ軸方向）には広がりにくい性質を有する。よって、これらの孔１５ａを通して流し込む（流し入れる）ことにより、フッ酸蒸気やバッファードフッ酸（ＢＨＦ）を水平方向に広げることができる。これにより、ダイヤフラム１１に該当する部分の絶縁層１０ｂをきれいに（完全に）除去することができる。
【０１０３】
（第５実施形態）
図１８乃至図２１は、本発明に係る静電容量型センサの第５実施形態を説明するためのものである。なお、特に記載がない限り、前述した第１実施形態乃至第４実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、図示しない構成部分は、前述した第１実施形態乃至第４実施形態と同様とする。
【０１０４】
第５実施形態と第１実施形態との相違点は、静電容量型センサ５Ａ，５Ｂの部材１０、又は静電容量型センサ５Ｃ，５ＤのＳＯＩ基板１０Ａに、ゲッタ室Ｓ３が形成されることである。
【０１０５】
図１８は、本発明の第５実施形態における静電容量型センサの側方断面図である。図１８に示すように、部材１０には、空間Ｓ１と連通するゲッタ室Ｓ３が形成されている。ゲッタ室Ｓ３には、ゲッタ材１６が収納されている。ゲッタ材１６は、気体（ガス）を吸着（吸収）する性質を有するものであり、例えば、非蒸発型ガス吸着膜や市販のガス吸収材などを用いることができる。なお、ゲッタ材の材料を用いて上部部材２０の下面に薄膜電極２１を成膜してもよい。
【０１０６】
前述したように、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１は真空状態の気体である。これにより、ゲッタ室Ｓ３に収納されるゲッタ材１６が空間Ｓ１に残留する気体（ガス）を吸着するので、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１の真空度を高めることができる。
【０１０７】
特に、陽極接合法を用いて部材１０と上部部材２０とを接合する際に、ガラスなどで構成される上部部材２０から酸素（又は酸素イオン）が放出される場合がある。かかる場合に、気体Ａ１の真空度が低下するのを防止することができる。
【０１０８】
図１９は、本発明の第５実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。図１９に示すように、第２実施形態と同様に、静電容量型センサ５Ｂが参照電極２２を備える場合も、部材１０にゲッタ室Ｓ３が形成される。かかる場合も、図１８に示した場合と同様に、ゲッタ室Ｓ３に収納されるゲッタ材１６が空間Ｓ１に残留する気体（ガス）を吸着するので、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１の真空度を高めることができる。
【０１０９】
図２０は、本発明の第５実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。図２０に示すように、第４実施形態に示した図１５と同様に、静電容量型センサ５Ｃが部材１０としてＳＯＩ基板１０Ａを用い、電極部１５が形成される場合も、ＳＯＩ基板１０Ａ、具体的にはベースシリコン層１０ｃにゲッタ室Ｓ３が形成される。なお、ゲッタ室Ｓ３は、シリコン層１０ａより厚いベースシリコン層１０ｃに形成する方が容易なだけであって、シリコン層１０ａに形成してもよい。
【０１１０】
導電部１２には、空間Ｓ１とゲッタ室Ｓ３とを連通する連通孔１２ａが形成されている。また、下部部材３０には、空間Ｓ２に気体Ａ２を封入するための貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２の開口部は、ＳＯＩ基板１０Ａと下部部材３０とを接合し、空間Ｓ２に気体Ａ２を入れた後に、封止材３３で封止される。
【０１１１】
なお、ＳＯＩ基板１０Ａと下部部材３０とを接合したときに、空間Ｓ２には大気（空気）が満たされている。この状態で気圧の低い場所へ移動すると、空間Ｓ２から大気（空気）が抜けるので、気体Ａ２と置換することが可能となる。
【０１１２】
かかる場合も、図１８に示した場合と同様に、ゲッタ室Ｓ３に収納されるゲッタ材１６が空間Ｓ１に残留する気体（ガス）を吸着するので、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１の真空度を高めることができる。
【０１１３】
図２１は、本発明の第５実施形態における静電容量型センサの他の例を示す側方断面図である。図２１に示すように、第４実施形態に示した図１７と同様に、静電容量型センサ５Ｄが部材１０としてＳＯＩ基板１０Ａを用い、参照電極２２を備える場合も、ＳＯＩ基板１０Ａ、具体的にはベースシリコン層１０ｃにゲッタ室Ｓ３が形成される。なお、ゲッタ室Ｓ３は、図２０に示した場合と同様に、シリコン層１０ａに形成してもよい。
【０１１４】
下部部材３０には、空間Ｓ２に気体Ａ２を封入するための貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２の開口部は、ＳＯＩ基板１０Ａと下部部材３０とを接合し、空間Ｓ２に気体Ａ２を入れた後に、封止材３３で封止される。
【０１１５】
かかる場合も、図１８に示した場合と同様に、ゲッタ室Ｓ３に収納されるゲッタ材１６が空間Ｓ１に残留する気体（ガス）を吸着するので、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１の真空度を高めることができる。
【０１１６】
このように、本実施形態の静電容量型センサ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄによれば、部材１０又はＳＯＩ基板１０Ａには、ゲッタ材１６を収納し、空間Ｓ１と連通するゲッタ室Ｓ３が形成され、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１は真空状態である。これにより、ゲッタ室Ｓ３に収納されるゲッタ材１６が空間Ｓ１に残留する気体（ガス）を吸着するので、空間Ｓ１に封入される気体Ａ１の真空度を高めることができる。
【０１１７】
なお、前述の各実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【０１１８】
１…静電容量型センサ
１０…部材
１１…ダイヤフラム
２０…上部部材
２１…薄膜電極
３０…下部部材
３１…薄膜電極
Ａ１…気体
Ａ２…気体
Ｃ1…静電容量
Ｃ2…静電容量
Ｓ１…空間
Ｓ２…空間
【図１】
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【図２】
0005400560.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
0005400560.tif 000008
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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